НАДН и НАДФН пероксидазы как механизмы антиоксидантной защиты сульфатов кишечника

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13922 (2023) Цитировать эту статью

94 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Фекалии животных и человека обычно содержат кишечные сульфатредуцирующие бактерии (SRB). Сероводород и ацетат являются конечными продуктами их диссимиляционного сульфатредукции и могут создавать синергетический эффект. Здесь мы сообщаем об активности НАДН и НАДФН пероксидазы из кишечного SRB Desulfomicrobium orale и Desulfovibrio piger. Мы стремились сравнить активность ферментов под влиянием различных температурных и рН-режимов, а также провести кинетический анализ скоростей ферментативных реакций, максимальных количеств продукта реакции, времени реакции, максимальных скоростей ферментативных реакций и констант Михаэлиса в бесклеточные экстракты кишечного SRB, D. piger Vib-7 и D. orale Rod-9, собранные в экспоненциальную и стационарную фазы роста. Были определены оптимальная температура (35 °C) и pH (7,0) для активности обоих ферментов. Разница в трендах констант Михаэлиса (Km) во время экспоненциальной и стационарной фаз заметна между D. piger Vib-7 и D. orale Rod-9; D. orale Rod-9 показал гораздо более высокий Km (исключение составляет НАДН-пероксидаза D. piger Vib-7: 1,42 ± 0,11 мМ) во время обеих контролируемых фаз. Изучение пероксидаз НАДН и НАДФН как предполагаемых систем антиоксидантной защиты СРБ кишечника, а также подробные данные о кинетических свойствах этого фермента, выраженных при разложении перекиси водорода, могут иметь важное значение для выяснения механизмов эволюции систем антиоксидантной защиты, их этиологии. роль в процессе диссимиляционной сульфатредукции и их возможная роль в развитии заболеваний кишечника.

Сульфатвосстанавливающие бактерии (SRB) быстро развиваются в присутствии лактата и сульфата в кишечнике человека, что приводит к накоплению сероводорода (H2S), который токсичен и повреждает эпителиальные клетки кишечника1,2,3,4,5 ,6,7,8. Однако H2S является источником серы для метаногенных архей, которые также в большом количестве обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте. Более того, возможно, что перепроизводство и накопление H2S может быть вредным, а не просто его присутствие9, 10. Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) могут развиваться у людей и животных из-за увеличения количества SRB и интенсивности диссимиляционных уменьшение сульфатов в кишечнике2, 11,12,13,14,15,16.

Неорганический сульфат или другие окисленные формы серы превращаются в сульфид диссимиляционными SRB17,18,19. Поскольку эти бактериальные сообщества являются гетеротрофами, им необходим запас органического углерода. Простые органические соединения, такие как лактат, пируват и малат, могут служить источником углерода для видов Desulfovibrio и Desulfomicrobium18, 20; впоследствии они окисляются до ацетата с одновременным восстановлением сульфата до сульфида1, 21, 22. Благодаря этому многоэтапному процессу окисления органических молекул гетеротрофы получают клеточную энергию23,24,25,26. Виды SRB обычно используют лактат в качестве субстрата, который они затем одновременно окисляют в ацетат с помощью пирувата24.

Эндогенные антиоксидантные ферменты могут удалять активные формы кислорода (АФК). К хорошо известным антиоксидантным ферментам, которые предотвращают внутриклеточную продукцию АФК и перекисное окисление липидов, относятся супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и пероксидазы27. В то время как каталаза расщепляет перекись водорода (H2O2) путем дисмутации на воду и молекулярный кислород (O2), СОД превращает супероксидные радикалы в перекись водорода (H2O2)28.

Пероксидазы (EC 1.11.1.7) представляют собой гемсодержащие ферменты, которые используют H2O2 для катализа окисления ряда субстратов29.

Нерадикальным побочным продуктом аэробного метаболизма АФК является H2O2. Однако высокие уровни H2O2 могут трансформироваться в другие, более реактивные АФК, такие как гидроксильные радикалы, которые могут окислять биомолекулы и вызывать старение, гибель клеток, повреждение тканей, сердечно-сосудистые заболевания и злокачественную трансформацию. Следовательно, важнейшим компонентом всей антиоксидантной активности в биологической системе является активность по улавливанию H2O230. В H2O2 и других акцепторах водорода пероксидаза более активна по сравнению с другими акцепторами электронов. Донорами водорода для SRB31 являются аскорбат, ряд аминокислот и полифенольные вещества: